陳 斌

（山西古縣西山鴻興煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042400）

引言

隨著綜采技術(shù)水平的不斷提升，煤礦綜采作業(yè)的深度不斷增加，導(dǎo)致在開采過程中出現(xiàn)瓦斯突出、透水等事故的概率不斷上升。作為一種重要的礦用機(jī)械設(shè)備，鉆機(jī)被廣泛應(yīng)用在井下的瓦斯抽放、探放水作業(yè)等[1]，其鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)的速度和精確性直接關(guān)系到煤礦井下的綜采作業(yè)安全。由于井下高塵、低能見度的環(huán)境條件，使人工控制鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)極易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆機(jī)速度和鉆進(jìn)時(shí)的位置精度受到影響，同時(shí)，井下鉆機(jī)的鉆進(jìn)作業(yè)也屬于高危險(xiǎn)崗位，對鉆機(jī)操作人員的人身安全造成了較大的影響。因此提出應(yīng)用一種新的礦用鉆機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對鉆機(jī)鉆機(jī)作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，不僅可消除井下危險(xiǎn)環(huán)境對作業(yè)人員的影響，而且能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定位和鉆進(jìn)作業(yè)，有效提升鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)的速度和穩(wěn)定性，對提升井下綜采作業(yè)的自動(dòng)化水平、降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無人化綜采作業(yè)具有較大的意義。

1 鉆機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

該礦用鉆機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控模塊、遠(yuǎn)程控制模塊及數(shù)據(jù)信息模塊三個(gè)部分構(gòu)成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

由圖1可知，該系統(tǒng)在工作時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的地質(zhì)條件信號和鉆機(jī)的工作狀態(tài)信號傳輸給下位機(jī)平臺，下位機(jī)平臺將監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理后傳遞為地面監(jiān)測控制中心的數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心判斷后給出控制鉆機(jī)調(diào)節(jié)的控制指令，由控制人員審核后發(fā)送或者自動(dòng)進(jìn)行控制發(fā)送，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對鉆機(jī)的鉆進(jìn)作業(yè)控制。

在整個(gè)鉆機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的過程中，系統(tǒng)通過信息采集模塊對鉆機(jī)工作時(shí)的電機(jī)功率、電流、鉆頭轉(zhuǎn)速、溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由數(shù)據(jù)庫對比各監(jiān)控信息的實(shí)際值和設(shè)定值之間的誤差并顯示在監(jiān)控中心的監(jiān)控平臺上，上位機(jī)系統(tǒng)同步調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)的鉆機(jī)位置數(shù)據(jù)對鉆機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對鉆機(jī)鉆進(jìn)作業(yè)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。

圖1 礦用鉆機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)的通信單元

由于煤礦井下的地質(zhì)條件復(fù)雜，受干擾因素多，為了確保遠(yuǎn)程監(jiān)測控制功能的穩(wěn)定性，對該監(jiān)控系統(tǒng)的通信單元提出了更高的穩(wěn)定性。通過對不同類型數(shù)據(jù)通信原理和可靠性的分析，最終選擇了CAN數(shù)據(jù)總線通信模式[3]，各個(gè)監(jiān)控站點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信端和中央控制通信單元采用雙回路連接方式，一方面提高數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定性，避免發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)之間相互干擾，另一方面增加了數(shù)據(jù)通信通道的容納能力，能夠在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行更大量的數(shù)據(jù)信息傳遞，滿足鉆機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定、精確、快速的要求。在該通信系統(tǒng)中，為了滿足對各監(jiān)測要素全覆蓋的要求，在系統(tǒng)中共設(shè)置了12個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控點(diǎn)，分為8組壓力變送器和4組溫度、電流、電壓、液位等采集器，整個(gè)數(shù)據(jù)通信單元采用三級扁平模塊化的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，最大限度提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋摫O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信單元整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖

3 監(jiān)測系統(tǒng)的鉆機(jī)調(diào)控流程

該監(jiān)測系統(tǒng)的核心作用是用于控制井下鉆機(jī)的鉆進(jìn)作業(yè)，對鉆進(jìn)過程中的偏差量進(jìn)行自動(dòng)修正，從而確保鉆進(jìn)作業(yè)的高效和穩(wěn)定性，因此，根據(jù)監(jiān)控中心對鉆機(jī)鉆進(jìn)作業(yè)的調(diào)控流程優(yōu)化了鉆機(jī)在鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)的工藝流程[4]，滿足監(jiān)控系統(tǒng)不斷調(diào)整控制的要求，其整體鉆機(jī)鉆進(jìn)調(diào)整工藝流程如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)測控制下鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝流程

由圖3可知，鉆機(jī)鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)會通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對鉆機(jī)鉆進(jìn)的參數(shù)進(jìn)行兩次修正，在開始鉆進(jìn)作業(yè)初期進(jìn)行一次數(shù)據(jù)修正，待一次鉆進(jìn)完成進(jìn)行提鉆后再次對鉆機(jī)的鉆進(jìn)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而確保在整個(gè)鉆進(jìn)作業(yè)期間對鉆機(jī)的鉆進(jìn)精度、效率進(jìn)行調(diào)整控制，從而提升鉆機(jī)鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)的精度和鉆進(jìn)效率，滿足井下綜采作業(yè)安全需求。

4 結(jié)論

1）鉆機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控模塊、遠(yuǎn)程控制模塊及數(shù)據(jù)信息模塊三個(gè)部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的地質(zhì)條件信號和鉆機(jī)的工作狀態(tài)信號傳輸給下位機(jī)平臺，下位機(jī)平臺將監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理后傳遞為地面監(jiān)測控制中心的數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心判斷后給出控制鉆機(jī)調(diào)節(jié)的控制指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2）整個(gè)數(shù)據(jù)通信單元采用三級扁平模塊化的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，最大限度提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，具有傳輸速度快，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

3）鉆機(jī)鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)會通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對鉆機(jī)鉆進(jìn)的參數(shù)進(jìn)行兩次修正，從而確保在整個(gè)鉆進(jìn)作業(yè)期間對鉆機(jī)的鉆進(jìn)精度、效率進(jìn)行調(diào)整控制。